Что такое странно повторяющийся шаблонный шаблон (CRTP)?

Не обращаясь к книге, может ли кто-нибудь дать хорошее объяснение CRTPс помощью примера кода?

Короче говоря, CRTP - это когда у класса Aесть базовый класс, который является специализацией шаблона для самого класса A. Например

template <class T> 
class X{...};
class A : public X<A> {...};

Это будет любопытно повторяющееся, не так ли? :)

Что это дает вам? Это фактически дает Xшаблону возможность быть базовым классом для своих специализаций.

Например, вы можете создать общий одноэлементный класс (упрощенная версия), подобный этому

template <class ActualClass> 
class Singleton
{
   public:
     static ActualClass& GetInstance()
     {
       if(p == nullptr)
         p = new ActualClass;
       return *p; 
     }

   protected:
     static ActualClass* p;
   private:
     Singleton(){}
     Singleton(Singleton const &);
     Singleton& operator = (Singleton const &); 
};
template <class T>
T* Singleton<T>::p = nullptr;

Теперь, чтобы сделать произвольный класс Aсинглтоном, вы должны сделать это

class A: public Singleton<A>
{
   //Rest of functionality for class A
};

Так ты видишь? Шаблон singleton предполагает, что его специализация для любого типа Xбудет унаследована от singleton<X>и, следовательно, будет иметь доступ ко всем его (общедоступным, защищенным) членам, включая GetInstance! Есть и другие полезные применения CRTP. Например, если вы хотите подсчитать все экземпляры, которые в настоящее время существуют для вашего класса, но хотите инкапсулировать эту логику в отдельный шаблон (идея для конкретного класса довольно проста - иметь статическую переменную, приращение в ctors, уменьшение в dtors ). Попробуйте сделать это как упражнение!

Еще один полезный пример для Boost (я не уверен, как они его реализовали, но CRTP тоже подойдет). Представьте, что вы хотите предоставить только оператор <для своих классов, но автоматически оператор ==для них!

вы могли бы сделать это так:

template<class Derived>
class Equality
{
};

template <class Derived>
bool operator == (Equality<Derived> const& op1, Equality<Derived> const & op2)
{
    Derived const& d1 = static_cast<Derived const&>(op1);//you assume this works     
    //because you know that the dynamic type will actually be your template parameter.
    //wonderful, isn't it?
    Derived const& d2 = static_cast<Derived const&>(op2); 
    return !(d1 < d2) && !(d2 < d1);//assuming derived has operator <
}

Теперь вы можете использовать это так

struct Apple:public Equality<Apple> 
{
    int size;
};

bool operator < (Apple const & a1, Apple const& a2)
{
    return a1.size < a2.size;
}

Итак, вы явно не указали оператор ==для Apple? Но оно у вас есть! Ты можешь написать

int main()
{
    Apple a1;
    Apple a2; 

    a1.size = 10;
    a2.size = 10;
    if(a1 == a2) //the compiler won't complain! 
    {
    }
}

Это может показаться , что вы написали бы меньше , если вы просто написали оператор ==для Apple, но представьте себе , что Equalityшаблон будет обеспечивать не только , ==но >, >=, и <=т.д. И вы можете использовать эти определения для нескольких классов, повторным использованием кода!

CRTP - замечательная штука :) HTH

Вот отличный пример. Если вы используете виртуальный метод, программа будет знать, что выполняется во время выполнения. Реализуя CRTP, компилятор решает во время компиляции !!! Это отличный спектакль!

template <class T>
class Writer
{
  public:
    Writer()  { }
    ~Writer()  { }

    void write(const char* str) const
    {
      static_cast<const T*>(this)->writeImpl(str); //here the magic is!!!
    }
};


class FileWriter : public Writer<FileWriter>
{
  public:
    FileWriter(FILE* aFile) { mFile = aFile; }
    ~FileWriter() { fclose(mFile); }

    //here comes the implementation of the write method on the subclass
    void writeImpl(const char* str) const
    {
       fprintf(mFile, "%s\n", str);
    }

  private:
    FILE* mFile;
};


class ConsoleWriter : public Writer<ConsoleWriter>
{
  public:
    ConsoleWriter() { }
    ~ConsoleWriter() { }

    void writeImpl(const char* str) const
    {
      printf("%s\n", str);
    }
};

CRTP - это метод реализации полиморфизма времени компиляции. Вот очень простой пример. В приведенном ниже примере ProcessFoo()он работает с Baseинтерфейсом класса и Base::Fooвызывает производный объектfoo() , что и нужно делать с виртуальными методами.

http://coliru.stacked-crooked.com/a/2d27f1e09d567d0e

template <typename T>
struct Base {
  void foo() {
    (static_cast<T*>(this))->foo();
  }
};

struct Derived : public Base<Derived> {
  void foo() {
    cout << "derived foo" << endl;
  }
};

struct AnotherDerived : public Base<AnotherDerived> {
  void foo() {
    cout << "AnotherDerived foo" << endl;
  }
};

template<typename T>
void ProcessFoo(Base<T>* b) {
  b->foo();
}


int main()
{
    Derived d1;
    AnotherDerived d2;
    ProcessFoo(&d1);
    ProcessFoo(&d2);
    return 0;
}

Выход:

derived foo
AnotherDerived foo

Это не прямой ответ, а скорее пример того, как CRTP может быть полезен.

Пример из хорошо бетона CRTP это std::enable_shared_from_thisот C ++ 11:

[util.smartptr.enab] / 1

Класс Tможет наследовать от, enable_­shared_­from_­this<T>чтобы наследовать shared_­from_­thisфункции-члены, которые получают shared_­ptrэкземпляр, указывающий на *this.

То есть наследование от std::enable_shared_from_thisпозволяет получить общий (или слабый) указатель на ваш экземпляр без доступа к нему (например, из функции-члена, о которой вы знаете только*this ).

Это полезно, когда вам нужно предоставить, std::shared_ptrно у вас есть доступ только к *this:

struct Node;

void process_node(const std::shared_ptr<Node> &);

struct Node : std::enable_shared_from_this<Node> // CRTP
{
    std::weak_ptr<Node> parent;
    std::vector<std::shared_ptr<Node>> children;

    void add_child(std::shared_ptr<Node> child)
    {
        process_node(shared_from_this()); // Shouldn't pass `this` directly.
        child->parent = weak_from_this(); // Ditto.
        children.push_back(std::move(child));
    }
};

Причина, по которой вы не можете просто передать thisнапрямую, shared_from_this()заключается в том, что это нарушит механизм владения:

struct S
{
    std::shared_ptr<S> get_shared() const { return std::shared_ptr<S>(this); }
};

// Both shared_ptr think they're the only owner of S.
// This invokes UB (double-free).
std::shared_ptr<S> s1 = std::make_shared<S>();
std::shared_ptr<S> s2 = s1->get_shared();
assert(s2.use_count() == 1);

Как примечание:

CRTP может использоваться для реализации статического полиморфизма (который похож на динамический полиморфизм, но без таблицы указателей виртуальных функций).

#pragma once
#include <iostream>
template <typename T>
class Base
{
    public:
        void method() {
            static_cast<T*>(this)->method();
        }
};

class Derived1 : public Base<Derived1>
{
    public:
        void method() {
            std::cout << "Derived1 method" << std::endl;
        }
};


class Derived2 : public Base<Derived2>
{
    public:
        void method() {
            std::cout << "Derived2 method" << std::endl;
        }
};


#include "crtp.h"
int main()
{
    Derived1 d1;
    Derived2 d2;
    d1.method();
    d2.method();
    return 0;
}

Результатом будет:

Derived1 method
Derived2 method